WO2002099287A1 - Pumpe zur förderung eines wärmetauschmittels für einen kontaktrohrbündelreaktor - Google Patents

Pumpe zur förderung eines wärmetauschmittels für einen kontaktrohrbündelreaktor Download PDF

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WO2002099287A1
WO2002099287A1 PCT/EP2002/006172 EP0206172W WO02099287A1 WO 2002099287 A1 WO2002099287 A1 WO 2002099287A1 EP 0206172 W EP0206172 W EP 0206172W WO 02099287 A1 WO02099287 A1 WO 02099287A1
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WO
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pump
heat exchange
reactor
exchange medium
housing
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PCT/EP2002/006172
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English (en)
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Gerhard Olbert
Torsten Mattke
Matthias Kummer
Thomas RÜHL
Frank Rosowski
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Basf Aktiengesellschaft
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Priority to AT02748736T priority patent/ATE479021T1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D3/00—Axial-flow pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/406—Casings; Connections of working fluid especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • contact tube bundle reactors consists of a, usually cylindrical, container in which a bundle, i.e. a plurality of contact tubes is usually arranged in a vertical arrangement.
  • These contact tubes which may contain supported catalysts, are sealed with their ends in tube sheets and each open into a hood connected to the container at the upper or lower end.
  • the reaction mixture flowing through the catalyst tubes is supplied or discharged via these hoods.
  • a heat exchange medium circuit is passed through the space surrounding the contact tubes in order to balance the heat balance, in particular in the case of reactions with a strong exotherm.
  • the heat exchange medium circuit it is known to achieve a largely homogeneous temperature distribution of the heat exchange medium in each horizontal section of the reactor in order to involve all contact tubes as evenly as possible in the reaction process (e.g. DE-B-16 01 162).
  • the smoothing of the temperature distribution is accomplished by supplying or dissipating heat via outer ring lines with a plurality of jacket openings, each of which is attached to the reactor ends, as described, for example, in DE-B-34 09 159.
  • a further improvement in the heat transfer is achieved by installing deflection disks which alternately leave a passage cross section in the middle of the reactor and at the edge of the reactor.
  • deflection disks which alternately leave a passage cross section in the middle of the reactor and at the edge of the reactor.
  • Such an arrangement is particularly suitable for ring-shaped tube bundles with a free central space and is known, for example, from GB-B-31 01 75.
  • the deflection disks lead to a cross-flow of the contact tubes, with the result that the flow velocities and the heat transfer increase.
  • the pressure loss of the heat exchange medium is comparatively very large.
  • the pump system is expediently arranged between the upper and the lower ring line, the heat exchange medium being fed into the lower region of the reactor, for example via a ring line.
  • the required delivery head of 4 to 5 m would require a technically unfavorable and fault-prone pump system, among other things due to complex pump shaft seals, longer pump shafts and greater heat input the pump shaft in the under engine mounting. Furthermore, the above-mentioned delivery head would require a raised salt melt expansion vessel, which is undesirable for safety reasons. The complete pump pressure would be applied to the shaft seal.
  • the direct current flow has advantages over the countercurrent procedure, such as higher throughputs, lower catalyst hotspot temperatures, desired increase in the heat exchange temperature in the direction of the final reaction in the contact tubes, good temperature uniformity of the heat exchange medium over the reactor cross-section, i. H. good horizontal temperature stratification, clear operating conditions over the height of the contact tube space due to the lack of feedback by the heat exchange medium.
  • a direct current flow of reaction mixture and heat exchange medium encounters the above-mentioned difficulties with regard to the pump system, provided the heat exchange medium is fed to the upper reactor area, for example directly via an upper ring line, and out of the lower reactor area. for example, is discharged directly via a ring line.
  • the heat exchange medium is fed to the outer lower ring line, which is connected to the inner upper ring line via an area between the upper and lower ring line, from here in a known manner via jacket openings into the space surrounding the contact tubes, a meandering flow being formed via deflection disks becomes.
  • the heat exchange medium leaves the space surrounding the contact tubes in the lower reactor part via jacket openings and enters the lower inner ring line. This is in turn connected via the area between the upper and lower ring line and with the upper outer ring line.
  • the solution is based on a pump with a pump guide tube for conveying a heat exchange medium for a reactor with a bundle of contact tubes with a vertically arranged longitudinal axis, with supply of the heat exchange medium in the upper region of the reactor and removal of the heat exchange medium from the lower region of the reactor, preferably over each a ring line.
  • the invention is characterized in that the pump has a housing which surrounds the pump guide tube, with an opening in the lower part of the housing through which the heat exchange medium drawn off from the lower region of the reactor by means of the pump flows into the housing, in the region between the Inner wall of the housing and the outer wall of the pump guide tube, possibly flowing upwards via a heat exchanger, flows into the interior of the pump guide tube via an opening in the upper region of the pump guide tube, flows through it from top to bottom and via an opening in the lower region of the pump guide tube flows into the reactor, in the upper region of the space between the contact tubes.
  • the invention is not restricted with regard to the configuration of the supply or discharge of the heat exchange medium from the reactor. These can preferably take place via a ring line in each case.
  • other flow guides are also possible, for example via spaces free of contact tubes opposite one another in the reactor space, as described in connection with reactor modules with a rectangular cross section in DE-A 198 57 842.
  • the heat exchange medium flows through the opening in the lower area of the pump guide tube into a further space between the inner wall of the housing and the outer wall of the pump guide tube, flows through this space from bottom to top and finally flows through an opening in the upper area thereof Reactor, in the upper area of the space between the contact tubes.
  • the pump is arranged higher, in such a way that it conveys the heat exchange medium directly, preferably via an upper ring line, into a reactor with a bundle of contact tubes, into the space between the contact tubes.
  • the ventilation line (s) can be designed in such a way that they open into the pump below or above the liquid level.
  • a pump is thus provided with a housing, which causes a deflection of the heat exchange medium flow conveyed by the pump.
  • the pump according to the invention is preferably a propeller pump, in particular with a propeller with three or more blades.
  • Axial feed pumps are used to convey liquid heat exchange media, often salt melts, and to supply or remove the heat of reaction from the tube-tube reactor.
  • the propeller pump conveys the desired liquid, in the present case a heat exchange medium, for example a molten salt or a heat transfer oil, by means of the propeller which rotates in the pump guide tube.
  • the propeller preferably has a gap distance from the pump guide tube in the range from 2 to 10 mm. In this case, the liquid in the pump guide tube has to be pumped from top to bottom, because otherwise sealing problems in particular occur.
  • the pump guide tube is usually a hollow cylinder enclosing the propeller.
  • a housing is provided around the pump guide tube, which encloses the pump guide tube and which, in connection with openings provided at suitable points in the pump guide tube, is designed such that it causes a deflection of the heat exchange medium flow in the pump.
  • the housing has an opening in its lower region, into which the heat exchange medium withdrawn from the reactor flows, is directed upwards in a region between the pump guide tube and the inner wall of the housing, via an opening in the upper region of the pump guide tube into the interior of the Pump guide pipe flows in, flows through it, as usual, from top to bottom, leaves it through an opening in its lower region and is finally fed back to the reactor in its upper region.
  • the openings in the pump guide tube and in the housing do not extend over the entire cross-sectional area of the pump guide tube or the housing, but only over about 20 to 50%, preferably over about 30% thereof.
  • the reduced area, ie the opening can be stabilized by suitable struts. It is also possible to realize the openings in the pump guide tube or in the housing in such a way that the pump guide tube or the housing is formed by a perforated plate in the corresponding areas or has slits.
  • the housing can be of simple design with a rectangular cross section, but it is also possible, particularly for higher pressure loads, to design the housing with a circular cross section.
  • Baffles for the heat exchange medium are preferably arranged in one or more deflection regions of the housing.
  • a guide device equipped with blades is arranged below the propeller in order to remove the swirl from the flow.
  • the after-guiding apparatus is preferably designed such that its cross-section through which it flows corresponds to the cross-section through which it flows in the region of the propeller.
  • a pin is provided at the lower end of the pump shaft and rotates in a bearing.
  • the propeller can be operated at a higher peripheral speed, the gap between the propeller and the inner wall of the pump guide tube can be reduced, the pump runs more precisely and is maintenance-free because the upper bearings are less stressed.
  • the pump can thus handle a larger volume flow and a greater delivery head. If the pump conveys a salt melt as a heat exchange medium, the heat exchange medium itself has a lubricating effect on the bearing.
  • the bearing can also be reinforced with tungsten carbide steel.
  • the pump according to the invention is particularly suitable for conveying the heat exchange medium flow for contact tube bundle reactors for carrying out exothermic or endothermic reactions, in particular oxidation reactions.
  • FIG. 1 shows a preferred pump variant for deflecting the heat exchange medium flow in the pump with a cross-sectional view in FIG.
  • FIG. 2 shows a further preferred embodiment variant for deflecting the heat exchange medium flow in the pump, with a cross-sectional illustration in FIG. 2a
  • Figure 3 shows another embodiment with a pin at the lower end of the
  • Figure 4 shows another preferred alternative with arrangement of the pump above the reactor and direct promotion of the heat exchange medium flow in the upper ring line of the reactor.
  • FIG. 1 shows a pump 1 with deflection of the heat exchange medium 6 in the pump with guide tube 13 with inflow 16 in the upper area or outflow 17 in the lower area thereof, with housing 14 around guide tube 13 and a heat exchanger 18 arranged in housing 14
  • the heat exchanger is only shown as an example, it is also possible to design the pump without a heat exchanger.
  • the cross-section D-D in FIG. 1 a illustrates the housing 14, which is rectangular in cross-section, below the propeller 20, a guide device 21 with blades 22 is arranged.
  • Baffles 19 are preferably arranged in the housing 14 in one or more deflection regions for the heat exchange medium 6.
  • FIG. 2 shows a further embodiment variant of a pump 1 for deflecting the heat exchange medium 6 with cross section EE in FIG. 2a, the housing 14 deviating from the illustration in FIG. 1, as illustrated in the cross-sectional illustration in FIG. 2a, circularly in cross section the pump guide tube 13 is arranged around.
  • FIG 3 shows a preferred pump variant with a guide pin 23 at the lower end of the pump shaft, which rotates in a bearing 24.
  • Fig. 4 illustrates a particularly advantageous arrangement of a pump 1 with propeller 20 and with after guide 21 with blades 22, which promotes the heat exchange medium 6 directly into the upper ring line 25 of a reactor with a bundle of contact tubes 2.
  • Reference numeral 26 denotes the lower ring line via which the heat exchange medium is drawn off by the pump 1.
  • a thermal expansion compensator 28 can be installed in the feed line from the lower ring line 26 to the pump 1, and a vent line 27 leads from the upper region of the reactor into the pump, above the liquid level in the same.
  • 14 baffles can advantageously be arranged in the deflection areas for the heat exchange medium in the housing.

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Abstract

Es wird eine Pumpe (1) mit einem Pumpenleitrohr (13) zur Förderung eines Wärmetauschmittels (6) für einen Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren (2) vorgeschlagen, wobei die Pumpe (1) ein Gehäuse (14) aufweist, das das Pumpenleitrohr (13) umschliesst, mit einer Öffnung (15) im unteren Teil des Gehäuses (14), über die das aus dem unteren Bereich des Reaktors mittels der Pumpe (1) abgezogene Wärmetauschmittel (6) in das Gahäuse (14) einströmt, im Bereich zwischen der Innenwand des Gehäuses (14) und der Aussenwand des Pumpenleitrohrs (13), gegebenenfalls über einen Wärmetauscher (18), nach oben strömt, über eine Öffnung (16) im oberen Bereich des Pumpenleitrohrs (13) in den Innenraum des Pumpenleitrohrs (13) einströmt, diesen von oben nach unten durchströmt und über eine Öffnung (17) im unteren Bereich des Pumpenleitrohrs (13) in den Reaktor, in den oberen Bereich des Zwischenraums zwischen den Kontaktrohren (2) einströmt.

Description

Pumpe zur Förderung eines Wärmetauschmittels für einen Kontaktrohrbündelreaktor
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Wärmetauschmittels für einen Kontaktrohrbündelreaktor, sowie eine Verwendung der Pumpe.
Die übliche Bauart von Kontaktrohrbündelreaktoren besteht aus einem, in der Regel zylin- derförmigen Behälter, in dem ein Bündel, d.h. eine Vielzahl von Kontaktrohren in üblicherweise vertikaler Anordnung untergebracht ist. Diese Kontaktrohre, die gegebenenfalls geträgerte Katalysatoren enthalten können, sind mit ihren Enden in Rohrböden abdichtend befestigt und münden in jeweils eine am oberen bzw. am unteren Ende mit dem Behälter verbundene Haube. Über diese Hauben wird das die Kontaktrohre durchströmende Reaktionsgemisch zu- bzw. abgeführt. Durch den die Kontaktrohre umgebenden Raum wird ein Wärmetausclimittelkreislauf geleitet, um die Wärmebilanz, insbesondere bei Reaktionen mit starker Wärmetönung, auszugleichen.
Bezüglich des Wärmetauschmittelkreislaufs ist es bekannt, in jedem waagerechten Schnitt des Reaktors eine weitgehend homogene Temperaturverteilung des Wärmetauschmittels zu realisieren, um möglichst alle Kontaktrohre gleichmäßig am Reaktionsgeschehen zu beteiligen (z.B. DE-B-16 01 162). Der Glättung der Temperaturverteilung dient die Wärmezu- führung bzw. Wärmeabführung über jeweils an den Reaktorenden angebrachten äußeren Ringleitungen mit einer Vielzahl von Mantelöffnungen, wie sie beispielsweise in DE-B-34 09 159 beschrieben sind.
Eine weitere Verbesserung des Wärmeüberganges wird durch den Einbau von Umlenk- Scheiben erreicht, die abwechselnd in der Reaktormitte und am Reaktorrand einen Durchtrittsquerschnitt freilassen. Eine derartige Anordnung ist insbesondere für ringförmig angeordnete Rohrbündel mit einem freien zentralen Raum geeignet und beispielsweise aus GB- B-31 01 75 bekannt. Die Umlenkscheiben führen zu einer Queranströmung der Kontaktrohre mit der Folge einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten und des Wärmeüber- gangs. In großen Reaktoren mit einer Zahl von Kontaktrohren im Bereich von etwa 10000 bis 50000, insbesondere von etwa 15000 bis 33000, die zusätzlich mit Umlenkscheiben ausgestattet sind, ist der Druckverlust des Wärmetauschmittels vergleichsweise sehr groß.
Zweckmäßigerweise wird bei derartigen Reaktoren das Pumpsystem zwischen der oberen und der unteren Ringleitung angeordnet, wobei das Wärmetauschmittel in den unteren Bereich des Reaktors, beispielsweise über eine Ringleitung, zugeführt wird.
Würde die Salzschmelze direkt in den oberen Reaktorteil oder die obere Ringleitung ge- pumpt werden, so würde die erforderliche Förderhöhe von 4 bis 5 m ein technisch ungünstiges und störanfälliges Pumpsystem erfordern, unter anderem wegen aufwendiger Pum- penwellenabdichtungen, längerer Pumpenwellen, sowie größerem Wärmeeintrag durch die Pumpenwelle in die unter Motorlagerung. Weiterhin würde die obengenannte Förderhöhe ein hochgestelltes Salzschmelze-Ausgleichsgefäß erfordern, das aus Sicherheitsgründen unerwünscht ist. Der komplette Pumpendruck würde an der Wellenabdichtung anliegen.
Die Zuführung des Wärmetauschmittels am oberen Reaktorende, d. h. im Gleichstrom mit dem ebenfalls am oberen Reaktorende in die Kontaktrohre zugeleiteten Reaktionsgemisch ist bekanntermaßen für die Reaktionsführung vorteilhaft (vgl. DE-A-44 31 449).
Die Gleichstromfuhrung hat gegenüber der Gegenstromfahrweise Vorteile, wie höhere Durchsätze, niedrigere Katalysator-Hotspot-Temperaturen, erwünschter Anstieg der Wärmetauschmitteltemperatur in Richtung der Endreaktion in den Kontaktrohren, gute Temperaturgleichförmigkeit des Wärmetauschmittels über den Reaktorquerschnitt, d. h. gute waagerechte Temperaturschichtung, eindeutige Betriebszustände über die Höhe des Kontaktrohrraumes wegen fehlender Rückkoppelung durch das Wärmetauschmittel.
Eine Gleichstromführung von Reaktionsgemisch und Wärmetauschmittel, wie in DE-A-44 31 449 beschrieben, stößt jedoch bezüglich des Pumpsystems auf die oben genannten Schwierigkeiten, sofern das Wärmetauschmittel dem oberen Reaktorbereich, beispielsweise direkt über eine obere Ringleitung, zugeführt und aus dem unteren Reaktorbereich, beispielsweise direkt über eine Ringleitung, abgeführt wird.
Aus DE 198 367 92 ist es bekannt, bei einem Kontaktrohrbündelreaktor den Raum zwi- sehen oberer und unterer Ringleitung für die Zuführung des Wärmetauschmittels zur Um- lenkung desselben zu nutzen, wobei der Vorteil einer Gleichstromfuhrung von Wärme- tauschmittel und Reaktionsgemisch mit der bewährten Pumpenanordnung mit Zuführung des Wärmetauschmittels zur unteren Ringleitung verbunden werden kann. Dazu wurde vorgeschlagen, jeweils eine zylindermantelförmige Zwischenwand in der oberen sowie in der unteren Ringleitung anzuordnen, die diese jeweils in eine innere und eine äußere Ringleitung trennt. Das Wärmetauschmittel wird der äußeren unteren Ringleitung zugeführt, die über einen Bereich zwischen oberer und unterer Ringleitung mit der inneren oberen Ringleitung verbunden ist, von hier in bekannter Weise über Mantelöffnungen in den die Kontaktrohre umgebenden Raum geleitet, wobei über Umlenkscheiben eine mäander- förmige Strömung ausgebildet wird. Das Wärmetauschmittel verläßt über Mantelöffnun- gen den die Kontakrohre umgebenden Raum im unteren Reaktorteil und tritt in die untere innere Ringleitung ein. Diese ist wiederum über den Bereich zwischen oberer und unterer Ringleitung und mit oberen äußeren Ringleitung verbunden.
Demgegenüber war es Aufgabe der Erfindung, eine weitere, insbesondere fertigungs- technisch einfachere Lösung für das Problem, dass das Wärmetauschmittel zwar mit üblicher Pumpenanordnung, das heißt mit Förderung nach unten, eingesetzt wird, wobei dennoch der Eintritt des Wärmetauschmittels in den Zwischenraum zwischen den Kontaktrohren eines vertikal aufrechtstehenden Kontaktrohrbündelreaktors im oberen Bereich desselben erfolgen soll. Die genannte Problematik soll in einfacher Weise, insbesondere ohne Veränderungen am Kontaktrohrbündelreaktor selbst, gelöst werden.
Die Lösung geht aus von einer Pumpe mit einem Pumpenleitrohr zur Förderung eines Wärmetauschmittels für einen Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren mit vertikal angeordneter Längsachse, mit Zuführung des Wärmetauschmittels im oberen Bereich des Reaktors und Abführung des Wärmetauschmittels aus dem unteren Bereich des Reaktors, bevorzugt über jeweils eine Ringleitung.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe ein Gehäuse aufweist, das das Pumpenleitrohr umschließt, mit einer Öffnung im unteren Teil des Gehäuses, über die das aus dem unteren Bereich des Reaktors mittels der Pumpe abgezogene Wärmetauschmittel in das Gehäuse einströmt, im Bereich zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand des Pumpenleitrohrs, gegebenenfalls über einen Wärmetauscher, nach oben strömt, über eine Öffnung im oberen Bereich des Pumpenleitrohrs in den Innenraum des Pumpenleitrohrs einströmt, diesen von oben nach unten durchströmt und über eine Öff- nung im unteren Bereich des Pumpenleitrohrs in den Reaktor, in den oberen Bereich des Zwischenraums zwischen den Kontaktrohren einströmt. Die Erfindung ist nicht eingeschränkt bezüglich der Ausgestaltung der Zu- bzw. Abführung des Wärmetauschmittels aus dem Reaktor. Diese können bevorzugt über jeweils eine Ringleitung erfolgen. Möglich sind jedoch auch andere Strömungsführungen, beispielswei- se über einander im Reaktorraum gegenüberliegende kontaktrohrfreie Räume, wie in Verbindung mit Reaktormodulen mit rechteckigem Querschnitt in DE-A 198 57 842 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform strömt das Wärmetauschmittel über die Öffnung im unteren Bereich des Pumpenleitrohrs in einen weiteren Zwischenraum zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand des Pumpenleitrohrs ein, durchströmt diesen Zwischenraum von unten nach oben und strömt schließlich über eine Öffnung in dessen oberen Bereich in den Reaktor ein, in den oberen Bereich des Zwischenraums zwischen den Kontaktrohren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist die Pumpe höher angeordnet, dergestalt, dass sie das Wärmetauschmittel unmittelbar, bevorzugt über eine obere Ringleitung, in einen Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren, in den Zwischenraum zwischen den Kontaktrohren fördert.
In dieser Ausführungsvariante sind vorteilhaft eine oder mehrere Entlüftungsleitungen aus dem oberen Bereich des Reaktors in die Pumpe vorgesehen. Sofern mehrere Entlüftungsleitungen vorgesehen sind, sind dieselben über den Reaktorumfang insbesondere symmetrisch verteilt angeordnet und vor der Zuführung zur Pumpe in einer Sammelleitung zu- sammengeführt. Die Entlüftungsleitung(en) kann (können) beispielsweise als Stutzen am Reaktormantel, in geringem Abstand unterhalb des oberen Rohrbodens oder als Bohrungen im Rohrboden selbst, die aus dem Reaktorinnenraum nach außerhalb des Reaktors führen, ausgebildet sein. Die Entlüftungsleitung(en) wird (werden) vorzugsweise entlang der Außenwand des Pumpengehäuses, insbesondere in unmittelbarer Nähe derselben, nach oben geführt. Diese Ausführungsform ist wärmetechnisch vorteilhaft, da sie keine zusätzliche Fremdbeheizung für das Wärmetauschmittel erfordert.
Die Entlüftungsleitung(en) kann (können) nach Bedarf dergestalt ausgebildet sein, dass sie in der Pumpe unterhalb oder oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in derselben mündet (mün- den). Erfindungsgemäß wird somit eine Pumpe mit einem Gehäuse zur Verfügung gestellt, das eine Umlenkung des durch die Pumpe geförderten Wärmetauschmittelstromes bewirkt.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist bevorzugt eine Propellerpumpe, insbesondere mit einem Propeller mit drei oder mehreren Flügeln.
Zur Förderung von flüssigen Wärmetauschmitteln, häufig von Salzschmelzen, für die Zu- oder Abführung der Reaktionswärme aus Kontaktrohrbündelreaktoren werden Axialförderpumpen, häufig Propellerpumpen, eingesetzt. Die Propellerpumpe fördert die ge- wünschte Flüssigkeit, vorliegend ein Wärmetauschmittel, zum Beispiel eine Salzschmelze oder ein Wärmerrägeröl, mittels des Propellers, der sich im Pumpenleitrohr dreht. Der Propeller weist zum Pumpenleitrohr bevorzugt einen Spaltabstand im Bereich von 2 bis 10 mm auf. Dabei ist eine Förderung der Flüssigkeit im Pumpenleitrohr von oben nach unten erforderlich, weil andernfalls insbesondere Abdichtungsprobleme auftreten. Das Pumpen- leitrohr ist in der Regel ein den Propeller umschließender Hohlzylinder.
Vorliegend ist um das Pumpenleitrohr herum ein Gehäuse vorgesehen, das das Pumpenleitrohr umschließt und das, in Verbindung mit an geeigneten Stellen im Pumpenleitrohr vorgesehenen Öffnungen, dergestalt ausgebildet ist, dass es eine Umlenkung des Wärme- tauschmittelstromes in der Pumpe bewirkt.
Hierzu weist das Gehäuse in seinem unteren Bereich eine Öffnung auf, in die das aus dem Reaktor abgezogene Wärmetauschmittel einströmt, in einem Bereich zwischen Pumpenleitrohr und Innenwand des Gehäuses nach oben geleitet wird, über eine Öffnung im obe- ren Bereich des Pumpenleitrohrs in den Innenraum des Pumpenleitrohrs einströmt, diesen, wie üblich, von oben nach unten durchströmt, ihn über eine Öffnung in seinem unteren Bereich verlässt und schließlich dem Reaktor in seinem oberen Bereich erneut zugeführt wird.
Die Öffnungen im Pumpenleitrohr sowie im Gehäuse erstrecken sich nicht über die gesamte Querschnittsfläche des Pumpenleitrohrs bzw. des Gehäuses, sondern lediglich über etwa 20 bis 50 %, bevorzugt über etwa 30 % derselben. Der reduzierte Bereich, d. h. die Öffnung, kann durch geeignete Verstrebungen stabilisiert werden.. Es ist auch möglich, die Öffnungen im Pumpenleitrohr bzw. im Gehäuse in der Weise zu realisieren, dass in den entsprechenden Bereichen das Pumpenleitrohr bzw. das Gehäuse durch ein Lochblech gebildet wird, oder Schlitze aufweist. Das Gehäuse kann fertigungstechnisch einfach mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, insbesondere für höhere Druckbelastungen, das Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt auszubilden.
Bevorzugt sind in einem oder mehreren Umlenkbereichen des Gehäuses Leitbleche für das Wärmetauschmittel angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist unterhalb des Propellers ein mit Schaufeln bestückter Nachleitapparat angeordnet, um den Drall aus der Strömung herauszunehmen. Der Nachleitapparat ist bevorzugt dergestalt ausgebildet, dass sein durchströmter Querschnitt dem durchströmten Querschnitt im Bereich des Propellers entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist am unteren Ende der Pumpenwelle ein Zap- fen vorgesehen, der sich in einem Lager dreht. Dadurch kann der Propeller mit größerer Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden, die Spaltbreite zwischen Propeller und Innenwand des Pumpenleitrohrs kann reduziert werden, die Pumpe läuft präziser und ist wartungsfreier, weil die oberen Läger weniger belastet werden. Die Pumpe kann somit einen größeren Volumenstrom und eine größere Förderhöhe bewältigen. Sofern die Pumpe als Wärmetauschmittel eine Salzschmelze fördert, wirkt das Wärmetauschmittel selbst für das Lager schmierend. Das Lager kann zusätzlich mit Wolfram-Carbid-Stahl verstärkt sein.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist besonders geeignet zur Förderung des Wärmetauschmittelstromes für Kontaktrohrbündelreaktoren zur Durcliführung exothermen oder endother- men Reaktionen, insbesondere von Oxidationsreaktionen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 eine bevorzugte Pumpenvariante zur Umlenkung des Wärmetauschmittelstromes in der Pumpe mit Querschnittsdarstellung in Fig. la,
Figur 2 eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsvariante zur Umlenkung des Wärme- tauschmittelstromes in der Pumpe, mit Querschnittsdarstellung in Fig. 2a, Figur 3 eine weitere Ausfuhrungsvariante mit einem Zapfen am unteren Ende der
Pumpenwelle, und
Figur 4 eine weitere bevorzugte Alternative mit Anordnung der Pumpe oberhalb des Reaktors und unmittelbarer Förderung des Wärmetauschmittelstromes in die obere Ringleitung des Reaktors.
Fig. 1 zeigt eine Pumpe 1 mit Umlenkung des Wärmetauschmittels 6 in der Pumpe mit Leitrohr 13 mit Zuströmung 16 im oberen Bereich bzw. Abströmung 17 im unteren Be- reich desselben, mit Gehäuse 14 um das Leitrohr 13 sowie einem im Gehäuse 14 angeordneten Wärmetauscher 18. Der Wärmetauscher ist lediglich beispielhaft dargestellt, es ist ebenso möglich, die Pumpe ohne Wärmetauscher auszubilden. Der Querschnitt D-D in Fig. la verdeutlicht die im Querschnitt rechteckige Ausgestaltung des Gehäuses 14. Unterhalb des Propellers 20 ist ein Nachleitapparat 21 mit Schaufeln 22 angeordnet. Bevorzugt sind in einem oder mehreren Umlenkbereichen für das Wärmetauschmittel 6 im Gehäuse 14 Leitbleche 19 angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Pumpe 1 zur Umlenkung des Wärmetauschmittels 6 mit Querschnitt E-E in Fig. 2a, wobei abweichend von der Darstellung in Fig. 1 das Gehäuse 14, wie in der Querschnittsdarstellung in Fig. 2a verdeutlicht, im Querschnitt kreisförmig um das Pumpenleitrohr 13 herum angeordnet ist.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Pumpenvariante mit einem Führungszapfen 23 am unteren Ende der Pumpenwelle, der sich in einem Lager 24 dreht.
Fig. 4 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Anordnung einer Pumpe 1 mit Propeller 20 sowie mit nach Leitapparat 21 mit Schaufeln 22, die das Wärmetauschmittel 6 unmittelbar in die obere Ringleitung 25 eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren 2 fördert. Bezugszeichen 26 bezeichnet die untere Ringleitung, über die das Wärmetauschmittel durch die Pumpe 1 abgezogen wird. In der Zuführungsleitung von der unteren Ringleitung 26 zur Pumpe 1 kann, entsprechend der dargestellten bevorzugten Ausführungsform, ein Wärmeausdehnungskompensator 28 eingebaut sein und aus dem oberen Bereich des Reaktors führt eine Entlüftungsleitung 27 in die Pumpe, oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in derselben. Auch in dieser Anordnung können vorteilhaft in den Umlenkbereichen für das Wärmetauschmittel im Gehäuse 14 Leitbleche angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe (1) mit einem Pumpenleitrohr (13) zur Förderung eines Wärmetauschmit- tels (6) für einen Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren (2) mit vertikal angeordneter Längsachse, mit Zuführung des Wärmetauschmittels (6) im oberen Bereich des Reaktors in den Zwischenraum zwischen den Kontaktrohren (2) und Abführung des Wärmetauschmittels (6) aus dem unteren Bereich des Reaktors, bevorzugt über jeweils eine Ringleitung (25, 26), dadurch gekennzeichnet, dass die Pum- pe (1) ein Gehäuse (14) aufweist, das das Pumpenleitrohr (13) umschließt, mit einer
Öffnung (15) im unteren Teil des Gehäuses (14), über die das aus dem unteren Bereich des Reaktors mittels der Pumpe (1) abgezogene Wärmetauschmittel (6) in das Gehäuse (14) einströmt, im Bereich zwischen der Innenwand des Gehäuses (14) und der Außenwand des Pumpenleitrohrs (13), gegebenenfalls über einen Wärme- tauscher (18), nach oben strömt, über eine Öffnung (16) im oberen Bereich des
Pumpenleitrohrs (13) in den Innenraum des Pumpenleitrohrs (13) einströmt, diesen von oben nach unten durchströmt und über eine Öffnung (17) im unteren Bereich des Pumpenleitrohrs (13) in den Reaktor, in den oberen Bereich des Zwischenraums zwischen den Kontaktrohren (2) einströmt.
2. Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschmittel (6) über die Öffnung (17) im unteren Bereich des Pumpenleitrohrs (13) in einen weiteren Zwischenraum zwischen der Innenwand des Gehäuses (14) und der Außenwand des Pumpenleitrohrs (13) einströmt, diesen Zwischenraum von unten nach oben durchströmt und über eine Öffnung in dessen oberen Bereich in den Reaktor, in den oberen Bereich des Zwischenraums zwischen den Kontaktrohren (2) einströmt.
3. Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) das Wärmetauschmittel (6) unmittelbar in den oberen Bereich, insbesondere in eine obere Ringleitung (25) eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren (2) fördert.
4. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Axialpumpe, bevorzugt eine Propellerpumpe mit einem Propeller (20), mit drei oder mehreren Flügeln ist.
5. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.
6. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist.
7. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren Umlenkbereichen für das Wärmetauschmittel (6) im Gehäuse (14) Leitbleche (19) angeordnet sind.
8. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenleitrohr (13) unterhalb des Propellers (20) ein Nachleitapparat (21) mit Schaufeln (22) angeordnet ist.
9. Pumpe. (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende der Pumpenwelle ein Führungszapfen (23) angeordnet ist, der sich in einem Lager (24) dreht.
10. Verwendung der Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Förderung eines Wärmetauschmittels (6) für einen Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren (2) zur Durchfuhrung von exothermen oder endothermen Reaktionen, insbesondere zur
Durcliführung von Oxidationsreaktionen.
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